中心議題：

• DC-DC電機伺服驅動專用電源設計
• 電源設計特點與關鍵技術
• 電源保護功能與電磁兼容措施

解決方案：

• 直流電機微機控製與檢測接口技術
• 直流電機上電時序控製技術

該設計采用多重濾波措施和雙絞線輸出方式，有效降低輸出電壓紋波
，提高電源輸出質量
；具備完善的自保護功能和監控檢測功能
，提高了電源的安全性和可靠性。設計以DC-DC變換器為核心，實現220V市電至+60V/20A的電源轉換。電源設計中采用功率因數校正技術
，提高了有功功率
；特別是電源設計了微機控製接口，與隨動係統同步工作，並實現了上電時序控製，確保+60V電壓相對低壓輸出滯後上電。

1 電源設計

1.1 係統結構
220V交流電壓經整流和濾波後得到320V左右的直流電壓，加至電源模塊輸入端。單DC-DC模塊的最高輸出電壓一般為+48V，要得到+60V的直流輸出電壓
，必須采用模塊串聯的方法得到。設計采用兩塊PH600S280-28 DC-DC模塊（調至+30V輸出），通過串聯得到+60V的輸出電壓，如圖1所示。

圖1 模塊串聯方式

快恢複二極管D1、D2為串聯方式中的保護器件，要求D1
、D2反(fan)向(xiang)耐(nai)壓(ya)大(da)於(yu)兩(liang)倍(bei)的(de)電(dian)源(yuan)額(e)定(ding)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，電(dian)流(liu)大(da)於(yu)兩(liang)倍(bei)的(de)電(dian)源(yuan)額(e)定(ding)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)，正(zheng)向(xiang)導(dao)通(tong)壓(ya)降(jiang)應(ying)盡(jin)量(liang)小(xiao)。由(you)於(yu)是(shi)采(cai)用(yong)兩(liang)個(ge)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)串(chuan)聯(lian)構(gou)成(cheng)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)，在(zai)一(yi)個(ge)有(you)限(xian)製(zhi)的(de)封(feng)裝(zhuang)內(nei)完(wan)成(cheng)設(she)計(ji)有(you)一(yi)定(ding)困(kun)難(nan)，有(you)的(de)模(mo)塊(kuai)串(chuan)聯(lian)方(fang)案(an)采(cai)用(yong)兩(liang)個(ge)封(feng)裝(zhuang)完(wan)成(cheng)設(she)計(ji)，即(ji)設(she)計(ji)兩(liang)個(ge)30V 的獨立電源
，再進行外部串聯構成+60V電源係統。本設計通過合理配置空間，在電源上下盒蓋中各安裝一個DC-DC模塊，以金屬殼體作為散熱手段，采用緊湊的設計和安裝技術將整個電源係統封裝在一個較小的空間內，使整個電源體積、重量大大減小
，截麵積僅為6×9英寸2
，實現了小體積大功率的一體化電源係統設計。

1.2功率因數校正措施
開關電源的橋式整流、大電容濾波電路令整體負載表現為容性，使220V交流輸入的電流電壓相位產生差異，造成功率因數低下，有功功率下降並產生高次諧波汙染電網，因此必須采取功率因數校正（PFC）措施。基於成本控製
、電路體積及應用方便等因素考慮，我們采用被動式功率因數校正措施。被動式PFC結構簡單，針對電源的整體負載特性表現，在濾波大電容之前串接一個參數適宜的功率電感，這裏采用10mH/8A的環形磁心電感。強製平衡電源的整體負載特性，保證功率因數不低於0.8。被動式PFC采用電感等無源元件

，工作可靠成本低廉，且無需對原電氣設計進行修改，是目前常用的PFC方法。

2 設計特點與關鍵技術

2.1 微機控製和檢測接口
微機控製（圖2）功能可以確保+60V/20A電源隻在計算機送出使能信號、伺服係統工作的狀態下啟動輸出，平時電源無輸出。這種電源與隨動係統同步工作的方式，具有省電、低發熱、控製靈活等一係列優點。在某裝備電源係統的一係列電源中，+60V/20A電源功耗最大

，但發熱量最小

，溫升最低，充分證明了電源設計中采用計算機控製接口的優越性。

圖2 微機控製接口

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電源內部還提供針對+60V的微機檢測接口
，進行開關量方式的實時檢測，如圖3所示。+60V電壓作為檢測光耦的輸入驅動
，光耦輸出作為檢測口與微機數字I/O口連接。正常情況下檢測口為低電平
，一旦+60V輸出消失或大幅降低，光耦的輸出電平將由低到高發生跳變，提供給微機I/O口。

圖3 微機檢測接口

2.2 上電時序控製
直zhi流liu電dian機ji控kong製zhi係xi統tong中zhong存cun在zai上shang電dian時shi序xu問wen題ti，一yi般ban情qing況kuang下xia驅qu動dong電dian壓ya上shang電dian速su度du快kuai，而er控kong製zhi電dian路lu電dian壓ya上shang電dian後hou控kong製zhi電dian平ping的de建jian立li需xu要yao一yi定ding時shi間jian。這zhe樣yang如ru果guo不bu進jin行xing上shang電dian時shi序xu控kong製zhi，在zai係xi統tong上shang電dian的de瞬shun間jian
，高gao壓ya比bi低di壓ya上shang電dian速su度du快kuai
，控kong製zhi電dian平ping的de建jian立li相xiang對dui滯zhi後hou，導dao致zhi在zai上shang電dian瞬shun間jian隨sui動dong係xi統tong失shi控kong
，電dian機ji出chu現xian短duan時shi間jian的de失shi控kong轉zhuan動dong，尤you其qi是shi在zai雙shuang極ji性xing控kong製zhi方fang式shi中zhong。傳chuan統tong的de解jie決jue方fang法fa通tong過guo設she立li高gao
、diyakaiguanshoudongkongzhishangdianshixu，huoshizaikongzhixitongzhongshejishangdianshixukongzhidianlu
，zheyangbiranzengjialedianludefuzaxing，zaochengdianluchengbenzengjiatongshikekaoxingjiangdi。erzaidianjiqudongdianyuanshangjiejuezheyiwenti
，cuoshijiandanyouxiao
，gongzuoyuanliwei：CNT端為模塊使能控製端，可以控製模塊的工作狀態，作為輸出電壓的控製開關。通常采用光耦來控製CNT端的狀態。隻需增加一隻光耦
，即可解決上電時序問題。如圖2所示
，光耦輸入端由電機控製電路的工作電壓+5V控製，這樣+60V電源輸出必然滯後於低壓+5V

，實現了上電時序控製功能
，從根本上解決了前述問題。

3 電源保護功能與電磁兼容措施

模塊內有過流、過壓、過熱保護功能
，使用外接電位器可在額定輸出電壓±10%的範圍內調節。在電源係統設計中，我們在220V整流後的高壓輸入端
、＋60V輸出端等關鍵部位采用TVS浪lang湧yong吸xi收shou器qi對dui電dian壓ya瞬shun變bian和he浪lang湧yong衝chong擊ji進jin行xing防fang護hu抑yi製zhi措cuo施shi
，以yi旁pang路lu吸xi收shou的de方fang式shi保bao護hu了le電dian源yuan係xi統tong
，同tong時shi降jiang低di了le電dian磁ci幹gan擾rao，提ti高gao了le電dian源yuan係xi統tong可ke靠kao性xing與yu壽shou命ming。

我們實驗測得的+60V輸出電壓紋波在800mV～1000 mV
，明顯偏大。通過在電源係統調整端和輸出端采用聚脂電容濾波，電源內部采用雙絞線走線方式等濾波措施，最終使得+60V電源係統的輸出紋波控製在200mV～400 mV，滿足了+60V/20A電源紋波電壓≤600mV的使用要求。

結語

本(ben)設(she)計(ji)的(de)電(dian)源(yuan)相(xiang)對(dui)傳(chuan)統(tong)的(de)通(tong)用(yong)型(xing)大(da)功(gong)率(lv)電(dian)源(yuan)有(you)著(zhe)明(ming)顯(xian)的(de)的(de)技(ji)術(shu)優(you)勢(shi)
，其(qi)多(duo)功(gong)能(neng)的(de)技(ji)術(shu)特(te)點(dian)，符(fu)合(he)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)。本(ben)專(zhuan)用(yong)電(dian)源(yuan)已(yi)正(zheng)式(shi)交(jiao)付(fu)使(shi)用(yong)，成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)在(zai)某(mou)型(xing)號(hao)天(tian)文(wen)導(dao)航(hang)裝(zhuang)備(bei)上(shang)
，功(gong)能(neng)實(shi)用(yong)
、控製方便，工作穩定可靠。